Делаем моторизированный летающий пропеллер
Шаг первый. Установка двигателя
Сборка самоделки начинается с установки двигателя. Его нужно поместить в ПВХ редуктор и закрепить там горячим клеем. При этом нужно быть осторожным и не допустить того, чтобы клей попал на вал или внутрь двигателя. Клей наносится по периметру, как можно увидеть не фото. После установки двигателя на верхнюю часть приклеивается шайба, она не влияет на конструктивные свойства устройства, а просто придает ему более приятный внешний вид. Провода двигателя должны выходить с обратной стороны трубы и быть достаточной длины для их подключения.
Шаг второй. Устанавливаем кнопку
В муфте ПВХ нужно просверлить отверстие под кнопку. Оно должно быть немного больше диаметра кнопки. Кнопка должна быть размещена таким образом, чтобы она не мешала установке редуктора в трубу. Кнопка крепится с помощью гайки, которая на ней присутствует. Если гайки нет, кнопку можно приклеить горячим клеем.
После этого можно устанавливать редуктор в муфту. Вполне возможно, редуктор будет туго заходить в муфту и понадобится сделать несколько легких ударов молотком. Важно при этом не попасть по валу двигателя.
Мастерим научную игрушку. Пропеллер на палочке
Есть такая игрушка — летающая палочка с винтом, авиамоделисты называют её вертолетом «муха». Предлагается научно-мейкерский революционный пятиминутный способ ее изготовления, доступный детям 5+.
Интернетные самодельщики воспроизводят эту недорогую штампованную игрушку способом старых мастеров — выстругивая пропеллер из деревяшки.
Надо ли говорить, что такой ловкостью обычно не обладают ни современные дети, ни их родители, ни педагоги 
Мои коллеги, как показал опрос в Фейсбуке, предпочитают вырезать, склеивать, сгибать винт из пенополистирола, термопластика, бумаги. В течение 5-6 лет мы с детьми делаем пропеллер другим способом, не описанным в интернете и доступным для самых неумелых рук. Будем считать, что бог физики просто подарил нам эту мысль — смотрим ролик
Из ролика все понятно, но будем соблюдать правила.
Что нужно
- Пластиковая бутылка (мой выбор — 1,5 л, гладкая средняя часть, пластик поплотнее)
- Деревянная шпажка (мой выбор — длиной около 20 см)
- Шило (для детей лучший выбор — силовая кнопка: безопаснее, аккуратнее)
- Ножницы
- Опционально — ватная палочка и маркеры
Шаг 1
Вырезаем наискосок полоски из средней цилиндрической гладкой части бутылки.
Угол наклона — примерно 30 градусов к вертикали.
Направление наклона — как на фото (подробнее читайте в комментариях для педагога).
Примерные размеры полоски — 9х2 см. Из одной бутылки получится штук 10 полосок.
Шаг 2
Убеждаемся в научном чуде: на наших глазах неказистая полоска сама собой приобрела изысканную форму пропеллера! Закругляем ножницами кончики полоски. На глазок определяем центр и прокалываем его кнопкой. Отверстие должно быть маленьким — чтобы надеть пропеллер на шпажку с трудом, очень туго. На острую верхушку для безопасности можно надеть кусочек ватной палочки — дети любят такие детали. Раскрасить маркером прозрачные лопасти тоже можно, игрушку будет легче искать.
Шаг 3
Закручиваем палочку ладонями (правая рука движется «от себя») и отпускаем ее в полет, никаких подбрасываний не требуется.
Комментарии для педагога
Перед работой вспоминаем, как нужно изогнуть плоскую бумажную полоску, чтобы она походила на винт. Думаем вслух — как бы могли сделать винт своими руками. Картон не очень прочный, плохо держит форму. Приветствуем жизнеспособные версии: собрать винт из двух половинок, скрепив их под углом; нагреть и изогнуть пластиковую полоску. Вертим в руках бутылку и пытаемся натолкнуть детей на нужное решение — редко, но бывает, что восьмилетние дети догадываются. Наконец, обращаем особое внимание на красоту решения: мы смогли раскрыть научную тайну, которая лежала на поверхности, а все-таки была спрятана! Взрослые дома ни за что не догадаются! Эх, хорошо бы нам еще что-нибудь открыть!
Иногда пропеллеры летают до потолка, иногда кувыркаются. Нужно убедиться, что дети умеют запускать фабричный вертолетик. Терпеливо объясняем, в каком направлении закручивать палочку — чтобы воздух отбрасывался к земле, «ветер дул на руки». А затем можно сделать из работы проектик-исследование: установить наилучшее соотношение величины винта и палочки, выбрать оптимальный «сорт» бутылки, угол наклона — то есть, степень изогнутости однолопастного пропеллера, направление наклона и т.п. Что будет, если перевернуть пропеллер? если закрутить его в другую сторону? если утяжелить палочку? А если я левша — как лучше сделать?
Техника безопасности: объясняем, что пропеллер может задеть глаза — нельзя его запускать в толкучке и тесноте! А главное — «правильный» пропеллер сам рвется из рук в высоту, он не крутится на уровне лица, если его правильно сделать и правильно запустить.
Комментарии для STEM-педагога, то есть приверженца науки и любителя дойти до самой сути 🙂
Полоска расположена между гелисами — цилиндрическими винтовыми линиями, причем винтовые линии — правые. Так мы получаем винт, чуть более удобный для человека-правши: в момент запуска правая ладонь движется «от себя», закручивая пропеллер по часовой стрелке (если смотреть на него со стороны палочки).
Тема левого и правого вращения — неиссякаемая для обсуждения ее с точки зрения математики в целом и начертательной геометрии в частности, а также физики, химии, биологии и даже философии (симметрия вращения, зеркальная симметрия, стереоизомеры, поляризация света, спираль Архимеда, спираль ДНК и спиралевидные галактики, право- и леворукость, вихри, водовороты, циклоны, торнадо etc.).
От физики — к технике: правило буравчика, правая и левая резьба, винты и гайки, турбины, крыльчатки и мельницы, винтовые компрессоры и мотор-вентиляторы, правые и левые гребные и воздушные винты.
С маленькими детьми самое время поговорить об устройстве вентилятора и пылесоса, о том, как пользоваться отверткой, как откручивать крышечки бутылок и флаконов, как вкручивать лампочку, что такое сверло, саморез и м.б. даже штопор. Можно показать, как подключение электромоторчика к разным полюсам батарейки меняет направление вращения насаженного на ось пропеллера, от которого зависит — взлетит ли он. Можно покрутить винты радиоуправляемого вертолета и квадрокоптера 🙂
Простой расчет и изготовление самодельных винтов.
Наверное каждый сталкивался с ситуацией, когда требуемого винта или нет в продаже, или винты нужны уже завтра, а посылка где-то застряла. Тогда в голову приходит совершенно разумный выход — а не сделать ли мне винт самому?
Обычно в этом случае есть только одна причина, которая останавливает здоровую идею: как получить винт с заданными характеристиками?
На самом деле все достаточно просто — для этого не требуется ни сложных расчетов, ни сверхсложного оборудования. Как обычно достаточно немного здравого смысла, карандаша, линейки, знания школьной геометрии и немного прямых рук.
В данной статье пойдет речь именно об этом: как правильно рассчитать геометрию винта с заданными параметрами и как его изготовить. Времени обычно надо не так уж и много — 1-2 часа на графический расчет + 2-3 часа на изготовление самого винта.
Рис 1. Теория винта. Шаг винта.
Аналогичная ситуация возникает, если нужны два винта разного направления вращения, или если нам понадобились 3-4 лопастные винты. Все это решаемо при наличии разумного подхода и простейших инструментов.
Посмотрим внимательно на рис 1. Что мы там видим? А вот что:
— Винт радиусом R, за один оборот проходит в воздухе расстояние H. R — это радиус винта (от оси вращения до его окончания), Н — это шаг винта, если он не проскальзывает в воздухе, а ввинчивается в него подобно шурупу в дереве. Это собственно два основных параметра вина. D = 2хR и H- шаг винта.
Обычно человек хорошо знает, какой именно винт ему нужен для модели. Если нет — то это тема для отдельного разговора. Пока будем предполагать, что мы хорошо представляем какой винт нам нужен: т.е. мы знаем параметры D и Н, или R и Н.
Поучить геометрические размеры требуемого винта, если мы знаем R и Н винта — проще всего геометрическим расчетом. Смотрим на рис 2. По горизонтали — откладываем в каком-то масштабе (у меня (2:1 для большей точности) радиус винта. По вертикали — расстояние, которое пройдет винт за один оборот без проскальзывания — Н/2хPi, где Pi — это известное еще со школьных лет число 3.14.
Рис 2. Определение угла наклона профиля винта.
Почему именно так а никак иначе — я доказывать здесь не стану. Те кто хорошо учил геометрию в школе — те сразу поймут, а остальным надо или заново перечитать учебники школы или задать свои вопросы в процессе обсуждения. Немного ниже нарисован боковой профиль винта. Он собственно выбран исключительно из моего опыта изготовления простых винтов. Каждый имеет право выбрать его достаточно произвольно. Я выбрал толщину винта в комеле (около ступицы — 10 мм) и в конце — на масимальном радиусе — 2 мм. Цель данного геометрического расчета — получит правильные ширины винты на виде сверху. Т.е. получить геометрические размеры винта диаметром 150 мм и с шагом 100 мм. Это и записано справа вверху листа..
См. Рис 2. Для достижения поставленной цели мы проводим прямую от точки шага на вертикальной координате к требуемому сечению (линия 1). Я для начала выбрал сечение отстоящее от оси вращения на 37.5 мм = т.е. ровно на середине проектируемого винта. Согласно боковой проекции, толщина винта в этом месте — 6.5 мм. Переносим этот размер вверх(операция 2) и рисуем прямоугольник вокруг наклонной линии. Он (прямоугольник) дает нам ширину лопасти винта на виде сверху — 14 мм. Этот размет мы переносим вниз (операция 3) и получаем ширину винта в этом сечении.
Рис 2. Определение всех углов наклона во всех расчетных точках
Выполнив аналогичные построения для всех 6-ти сечений винта мы получим ширины винта на расстоянии 12.5, 25.0, 37.5, 50, 62.5 и 75 мм. Строить большее количество сечений можно, но особой точности это не добавит. В итоге на рис 2., обведя полученные ширины винта в шести точках, мы получим профиль винта на виде сверху.
Далее изготовляем шаблон винта из картона или любого другого (см рис 3.) плотного материала и переходим к изготовлению собственно требуемого винта (150х100 мм).
Берем заготовку из подходящей древесины и размечаем ее. Прежде всего придаем ей толщину и длину требуемого винта — 10 мм х 150 мм. Ширина заготовки должна быть чуть больше чем ширина винта в самом широком месте — 15 мм.
Рис 3. Шаблон и размеченная заготовка винта
Наносим разметку на боковой вид (толщина в комле — 10 мм и 2 мм на конце лопасти) и на виды сверху и снизу с помощью изготовленного шаблона.
Рис 4 Вид на размеченную заготовку сверху.
Рис 5 Вид заготовки сбоку и сверху
На рис 4-5 Вы видите размеченную заготовку. Первым делом с помощью напильника или ножа убираем лишнюю древесину на виде сбоку. То что должно получиться вы видите на рис 6. Если вы делаете винт из достаточно мягкой древесины(липа, бальса) то достаточно использовать модельный нож и шкурку, если же вам нужен винт из твердых пород вроде березы или бука, то лучше использовать драчевый напильник (с крупной насечкой) или мелкозубый рашпиль.
Рис 6. Балансирова заготовки
Сразу после придания заготовке правильного бокового профиля надо проделать балансировку заготовки. Я обычно делаю это так: ввинчиваю в центр вращения тонкое сверло (0.5-1.0 мм) и кладу сверлом на две вертикально стоящие опоры. В данном случае — это два одинковых стакана. (рис 6.).
Затем — сошкуриванием — добиваюсь одиакового веса обеих будующих лопастей.
Рис 7. Разметка выборки передней части
После того как вид сбоку отпрофилирован переходим к разметке выброк для получения нужного профиля ловастей. На виде сверху — спереди (мы делаем винт нормального вращения — против часовой стрелки) намечаем линию проходящую через 2/3 ширины винта. См. рис 7.
Рис 8. Разметка выборки задней части.
На виде снизу(сзади) проводим линии отстоящие от края винта примерно на 1 мм. Нижняя часть винта как раз задает шаг (или угол наклона сечения).
Рис 9 Выбранная задняя часть винта.
Затем начинаем убирать лишнюю дрвесину ножом или напильником начиная с нижней (задней) части винта согласно сделанной разметке. Убрав все сзади (снизу), отшкуриваем сначала крупной(120-160), а потом мелкой шкуркой заднюю часть винта.
Рис 10. Выбранная передняя часть винта
Затем то же самое повторяем для передней части винта. См. рис 10.
Убедившись, что вся лишняя древесина убрана, тщательно отшкуриваем весь винт для придания ему требуемого профиля — аналогичного профилю крыла, т.е. скругленная передняя кромка, максимальная толщина примерно 30% от ширины сечения и острая задняя кромка. Неполохо в процессе придания этого профиля все время контролировать балансировку обрабатываемого винта как было показано на рис 6.
После того как обе лопасти приобрели нужную форму и профиль, а также балансировку, можно переходить к заключительному этапу — покраске и лакировке. См. рис 11.
Рис 11. Балансировка отлакированного винта.
Обычно я окрашиваю изготовленный винт в традиционный черный цвет, а затем покрываю 2-4 слоями лака. Как правило я использую классический эмалит. Быстро сохнет и легко шлифуется. Во время окрвшивания и лакировки не стоит забывать о балансировке. См. рис 11.
Полученные таким образов винты, по моему мнению ничуть не хуже покупных пластиковых винтов, которые обычно тоже нуждаются в дополнительной балансировке. Если же вас больше устраивают винты из угле- или стекло- пластика, то используя изготовленный по описанной выше методе винт в качестве мастер-модели, вы можете изготовить формы для винтов из стекло- углепластика.
Совершенно аналогичным способом вы легко сможете сделать винт любого, нужного Вам диаметра и шага, а также винт обратного вращения — по часовой стрелке.
Более того, рассчитав и изготовив одну лопасть двухлопастного винта, вы сможете изготовить по ней формы для трех или 4-х лопастных винтов из стекло-угле-пластика, но это уже тема для отдельной статьи.